REALISATION D UN WEB-DSS A BASE D AGENTS POUR LA GESTION DE PRODUCTION DYNAMIQUE

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1 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L ENSEIGNEMENT SUPERIEUR DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE D ORAN FACULTE DES SCIENCES DEPARTEMENT D INFORMATIQUE MEMOIRE Présenté par : Melle BESSEDIK IMENE Pour obtenir LE DIPLOME DE MAGISTER Spécialité : Informatique Option : Informatique et Automatique Intitulé : REALISATION D UN WEB-DSS A BASE D AGENTS POUR LA GESTION DE PRODUCTION DYNAMIQUE Soutenu le : / / Devant le jury composé de : Mr ABDI Mustapha Kamel Mr BOUAMRANE Karim Mme TAGHEZOUT Noria Melle BOURENANE Malika Mr EL BERRICHI Zakaria Maître de Conférence à l Université d Oran (Président) Maître de Conférence à l Université d Oran (Encadreur) Maître de Conférence à l Université d Oran (Co-encadreur) Maître de Conférence à l Université d Oran (Examinatrice) Maître de Conférence à l Université de Sidi Bel Abbès (Examinateur)

2 Remerciements Merci Allah, Le Tout Puissant. Je tiens à exprimer ma profonde reconnaissance à Monsieur BOUAMRANE Karim, Maître de Conférence à l Université d Oran, qui a encadré mon travail pour l obtention du diplôme de magister, pour sa disponibilité, pour l aide et les conseils qu il m a prodigués et pour la confiance qu il m a témoignée tout au long de sa réalisation. Je tiens à exprimer ma sincère double gratitude à Madame TAGHEZOUT Noria, Maître de Conférence à l Université d Oran, pour ses conseils, son aide précieuse et ses remarques qui ont permis d améliorer la qualité de ce document. Je remercie vivement Monsieur ABDI Mustapha Kamel, Maître de Conférence à l Université d Oran, de me faire l honneur de présider le jury de ce mémoire. J adresse mes remerciements à Mademoiselle BOURENANE Malika, Maître de Conférence à l Université d Oran, d avoir accepté de prendre connaissance de ce travail et pour avoir bien voulu consacrer de leur temps à l évaluer et à siéger à cette soutenance. Un grand merci à Monsieur EL BERRICHI Zakaria, Maître de Conférence à l Université «Djilali el yabès» de Sidi Bel Abbès, de m avoir fait l honneur d être membre de jury de ce mémoire et de l intérêt qu il a porté à ce travail. Je remercie enfin tous ceux qui m ont encouragé et soutenu par leur amitié.

3 Je dédie le fruit de mon travail A ma mère, mes sœurs et mon frère, A ma grand-mère, une pensée toute particulière ainsi que mes oncles A ma tante «Nouria», son mari et ses enfants, A mon irremplaçable père qui nous a subitement quitté, laissant derrière lui un grand vide difficile à combler. A ma très chère et regrettée tante qui était ma protection et mon pilier. A tous mes collègues de travail et amies.

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5 Table des matières 1 Intoduction générale Introduction Définition de la fonction Gestion de Production Objectifs de la Gestion de Production Typologie des Systèmes Productifs Typologie en fonction de l organisation du flux de production La production unitaire La production en série La production continue Typologie en fonction de la politique de fabrication Production à la commande Production sur stock Production mixte Caractéristiques des Systèmes Automatisés de production Flexibilité Réactivité Pro-activité Robustesse La performance des Systèmes de Production Définition de la performance globale Décomposition du système de production Typologie décisionnelle en gestion de production Ordonnancement de la production Le problème d ordonnancement Objectifs de l ordonnancement Concepts de base Notion de Pilotage Pilotage et Ordonnancement Méthodes d ordonnancement Simulation Résolution de problèmes par agents Les Contraintes Qualité de la solution Conclusion... 21

6 Table des matières 1 Introduction Décision et aide à la décision Décision Processus de décision Aide à la décision Les Systèmes Interactifs d Aide à la Décision (SIAD) Définitions Structure d un Système Interactif d Aide à la Décision (SIAD) Informatique décisionnelle Le Data Warehouse Datamart OLAP (On Line Analytical Processing) DataWeb Datamining Classification des Systèmes Interactifs d Aide à la Décision (SIAD) Classification au niveau utilisateur Classification au niveau conceptuel Classification au niveau système Les systèmes Interactifs d aide à la décision à base de Web (Web-based DSS) Définitions d un SIAD à base de Web (Web-based DSS) Les travaux de recherche récents dans le SIAD à base de Web (Web-based DSS) Architectures et technologies Applications et réalisations Technologies Web Définitions Internet Les protocoles d Internet World Wide Web Termes rattachés au Web Ressource du Web HTTP HTML Document HTML Serveur Web Navigateur Web Page Web... 40

7 Table des matières Editeur HTML Site Web Adresse Web Hébergeur Web Agence Web Annuaire Web Portail Web Service Web Les bases du Web Architecture Client-Serveur URL Hypertexte et Topologie du Web La technologie du Web HTTP HTML Feuilles de style CSS XML JavaScript/DOM CGI et Perl PHP ASP ActiveX Flash AJAX Servlet JSP (Pages JavaServer) Conclusion Introduction La notion d agents Intelligence Artificielle Distribuée Définitions d agents Structure générale d un agent Perception Action Typologie des agents... 54

8 Table des matières Agent réactif Agent cognitif Architecture hybride Agents autonomes Agents sociaux Agents mobiles Agents adaptatifs Agents flexibles Agents du Web Les Systèmes Multi-Agents Définition des Systèmes Multi-Agents (SMA) Décomposition du SMA Interactions entre les agents L interaction par la communication L interaction par la coopération d agent L interaction par la négociation entre ressources Protocoles d interaction Protocoles de Coordination Protocoles de Coopération Protocoles de Négociation Domaines d application des SMA Applications industrielles Autres applications Plates-formes de développement de SMA Conclusion Introduction Contribution Architecture générale Fonctionnement du modèle Les structures des agents Structure de l Agent Analyseur (AA) Structure de l Agent Proposition (AP) Structure de l Agent Ressource (AR) Structure de l Agent Production (APr)... 73

9 Table des matières 5.5 Structure de l Agent Coordinateur (AC) La Coordination Syntaxe des requêtes échangée entre agents Langage de communication entre agents Envoi de messages Contenu des messages Syntaxe des messages Exemple de primitives Requêtes Order Requêtes What-is Algorithme de Coordination Conclusion Introduction.80 2 La technologie J2EE les fonctions couvertespar J2EE Technologies du niveau client Technologies du niveau intermédiaire Autres technologies J2EE L environnement de développement Choix de langage de programmation JBuilder : environnement de développement intégrant Java La plate forme JADE Breve description de JADE La norme FIPA Architecture logicielle de la plate-forme JADE Langage de communication de la plate-forme JADE Exemple d application Création d un nouveau projet Affectation des ressources au projet Traitement de l évènement panne Exécution des ressources Provocation de panne de quelques ressources Résolution de panne Conclusion... 99

10 Table des matières Conclusion Générale & Perspectives Références Bibliographiques

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12 Table des figures FIG. 1.1 Les flux informationnels et physiques FIG. 1.2 Vision systématique d un système de production FIG. 1.3 Classification hiérarchique de décisions [Anthony, 1965], [Bitran et Tirupati, 1993] FIG. 1.4 Structure d objectifs [Grabot, 1998] FIG. 1.5 Les Fonctions de Pilotage FIG. 2.1 Modèle du processus de décision de Simon [Simon, 1977] FIG. 2.2 Structure d un SIAD selon Sprague [Sprague et Carlson, 1982] FIG. 2.3 Structure d un SIAD basé sur la connaissance selon Marakas [Marakas, 2003]..28 FIG. 2.4 Technologie Client-Serveur FIG. 2.5 Architecture Client-Serveur FIG. 2.6 Architecture Client-Serveur du Web FIG. 2.7 Topologie du Web FIG. 3.1 Évolution vers l IAD FIG. 3.2 Exemple d agent FIG. 3.3 Structure générale d un agent FIG. 3.4 Exemple de Système Multi-Agents (SMA) FIG. 3.5 Représentation imagée d un agent en interaction avec son environnement et les autres agents [Ferber, 1995]... 58

13 Table des figures FIG. 3.6 Mode de communication par tableau noir FIG. 3.7 Mode de communication par envoie de messages : (a) Diffusion, (b) Point à Point FIG. 4.1 Architecture générale FIG. 4.2 Scénario échangé entre les agents (diagramme de séquence) FIG. 4.3 Communication entre les agents FIG. 4.4 Structure d Agent Analyseur (AA) FIG. 4.5 Structure d Agent Proposition (AP) FIG. 4.6 Structure d Agent Coordinateur (AC) FIG. 4.7 Primitive Order FIG. 4.8 Primitive What-is FIG. 4.9 Algorithme de Coordination...78 FIG. 5.1 Architecture générale du J2EE..80 FIG. 5.2 Principe de fonctionnement du J2EE...81 FIG. 5.3 fonctionnement d une JSP FIG. 5.4 Architecture logiciel de La plate-forme JADE FIG. 5.5 Création d un nouveau projet FIG. 5.6 L enregistrement d un nouveau projet FIG. 5.7 Affectation des ressources au projet (Imprimante) FIG. 5.8 Détails sur les ressources de type «imprimante» FIG. 5.9 Affectation des ressources au projet (Ordinateurs_Portables) FIG Détails sur les ressources de type «Ordinateur Portable» FIG Exécution des ressources FIG Provocation de panne FIG Détails sur la panne... 92

14 Table des figures FIG Diagnostic de panne des imprimantes FIG Diagnostic de panne des Ordinateurs _Portables FIG Linterface de l Agent Production (APr) FIG L interface de l Agent Analyseur (AA) FIG L interface de l Agent Coordinateur (AC) FIG L interface de l Agent Ressource (AR) FIG Exemple des pages web FIG Résultat de recherche (succés) FIG Résultat de recherche (échec) FIG Linterface de l Agent Proposition (AP) FIG Dépannage des imprimantes FIG Interaction entre les agents (plate forme JADE)... 98

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16 Introduction Générale Le pilotage d un système de production doit assurer l organisation des ressources, dans le temps et dans l espace, afin de satisfaire les objectifs assignés. Les méthodes de planification traditionnelles, prédictives, déclinées le long d une structure relativement stable et figée, ont longtemps constitué la voie principale de rationalisation de la production. De profondes et rapides modifications ont affecté à la fois le contexte technologique et économique dans lequel évoluent les entreprises. Sur le plan technique, l arrivée massive à partir des années 80, de nouvelles technologies reposant sur l utilisation de l électronique et de l informatique ont modifié sensiblement le contour des emplois et des compétences opérationnelles requises. Elle a aussi profondément modifié la valeur des compétences en accordant un intérêt de plus grand à la capacité des acteurs à s adapter aux évolutions et à intégrer de nouvelles techniques. Les connaissances ont ainsi perdu une partie de leur pérennité pour devenir le support de base nécessaire à toute évolution. Sur le plan économique, les modifications de l environnement, qui devient de plus en plus incertain et turbulent, entraînent de grandes difficultés pour les entreprises à établir des prévisions fiables. L uniformisation quasi mondiale des moyens techniques de production, corrélée à des capacités de communication qui contribuent à limiter le problème des distances (autant dans le transfert des informations que des produits), a conduit à la globalisation des marchés et à la recherche de nouveaux critères de différentiation des produits, tel que la qualité, la capacité d innovation, etc. La notion de réactivité (temps réel) est ainsi apparue comme principe de pilotage pour répondre rapidement et intelligemment aux sollicitations de son environnement et aux aléas affectant ses processus opérationnels. Pour accroître leur réactivité, les entreprises ont ainsi dû repenser leurs modes de gestion et d organisation. L accélération des processus décisionnels et la nécessité d adapter en permanence le pilotage du système de production ont été concomitantes à la mise en place de structure décentralisée supervisée et à un décloisonnement des activités opérationnelles. La forte évolution caractérisant le système technique contemporain impose désormais aux entreprises, d une part de savoir répondre de plus en plus rapidement à de nouveaux problèmes, et d autre part d être capable, pour conserver leur niveau de performance, d anticiper ces problèmes. La gestion des aléas devient ainsi, à coté de celle des événements une des nouvelles exigences du pilotage des systèmes de production. Page 1

17 Introduction Générale Contribution Pendant les dix dernières années, le Web est devenu une partie importante et culturellement acceptée de l analyse d information, de collection, de diffusion, de livraison et de stockage d environnement des individus, des entreprises, des gouvernements et d autres organisations. On peut définir le Web comme un accès rapide et facile à une grande sélection d informations, des services de traitement transactionnel, des matériaux d étude et des possibilités d aide à la décision. Cette édition spéciale des Systèmes d Aide à la Décision se concentre étroitement sur la recherche liée aux Systèmes d Aide à la Décision à base de Web (Web-based DSS). Notre étude se concentre sur les questions suivantes : Comment devrait une entreprise, étant donné un ensemble d attributs industriels, utiliser la technologie Web pour décrire les attributs qui possèdent des propriétés incomplètes et incertaines? Comment une entreprise devrait-elle inciter des règles d allocation de ressource d une grande base de données de production? Comment une entreprise devrait-elle utiliser ces règles pour créer l allocation de ressource optimale telle que le retard d ordres peut être minimisé? La solution à ces questions doit être l utilisation d un Système d Aide à la Décision à base de Web (Web-based DSS). Parmi les travaux de recherche réalisés dans le cadre des Systèmes d Aide à la Décision et les Systèmes d Aide à la Décision à base de Web, nous nous sommes inspirés par le prolongement des travaux réalisés dans [Taghezout, 2008]. La contribution principale de cette thèse consiste à proposer un SIAD à base d agents et à intégrer une technologie Web, son principe est d aider les décideurs dans la prise de décision par l accès à l information sur le Web. Plusieurs agents sont prévus pour faciliter la recherche des ressources de substitution ainsi que l accès à ces ressources. [Bessedik et Taghezout, 2009] Comme deuxième contribution, on va intégrer le protocole de coordination dans un Web-DSS à base d agents en ajoutant un agent coordinateur. [Bessedik et Taghezout, 2010]. Organisation de la thèse Ce mémoire est organisé en cinq chapitres : Page 2

18 Introduction Générale CHAPITRE 1 présente un état de l art de définitions et de concepts de base autour des sytèmes de production et de leur gestion. Il rappelle ensuite les concepts de base et les outils de résolution associés aux problèmes d ordonnancement. CHAPITRE 2 constitue une représentation générale de l aide à la décision. Nous présentons, d abord les notions de décision, de processus décisionnel et de l aide à la décision. Cet historique sur l aide à la décision est suivi d une description des Systèmes Interactifs d Aide à la Décision (SIAD), leur évolution vers l Informatique Décisionnelle pour les systèmes orientés données et l évolution des SIAD vers les SIAD à base de Web pour conclurer par une description des technologies Web. CHAPITRE 3 est consacré à l étude des systèmes multi-agents et leurs applications. CHAPITRE 4 présente notre contribution dans le domaine de l aide à la décision. Nous commençons d abord par la proposition de l architecture de notre modèle, son fonctionnement, la communication entre agents et la structure de chaque agent. Le chapitre est terminé par la spécification des règles de coordination entre les agents et la description des actes de communication. Le CINQUIÈME CHAPITRE propose une mise en œuvre informatique de l ensemble des concepts présentés dans ce mémoire, pour illustrer la faisabilité de l approche proposée et présenter la structure logicielle que nous avons développée. La conclusion de ce mémoire nous permet de dresser le bilan des résultats obtenus et énumérer quelques perspectives futures. Page 3

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20 Chapitre 1 Gestion de Production Dynamique 1. Introduction Actuellement, toute entreprise se doit être plus performante et d avoir un niveau supérieur, sur le plan technique et économique, aux entreprises concurrentes. L amélioration de la gestion de production est à la base de toute recherche dans le domaine de la productivité à accroître [Afnor, 1988]. La productivité est la clef de la survie et du développement des entreprises industrielles. La loi du marché nécessite une remise en cause des produits fabriqués et il n est plus possible d investir d importantes sommes pour élaborer puis vendre un produit fini figé. Les modifications, améliorations ou transformations de produits, sont de plus en plus communes et la notion de flexibilité est fortement liée à cette évolution. La concurrence exige que l entreprise se dote d un système de production efficace qui réagisse rapidement aux contraintes du monde environnant et en particulier aux exigences et évolutions du marché. Aujourd hui, la fonction Production est l une des fonctions importantes de l entreprise, dont l objectif est de produire des biens et des services, afin de dégager une rémunération du capital engagé, qui pourra être ou non réaffecté à de nouveaux investissements. Le problème d ordonnancement consiste à organiser dans le temps la réalisation d un ensemble de tâches, compte tenu de contraintes temporelles (délais, contraintes d enchaînement, etc.) et de contraintes portant sur l utilisation et la disponibilité des ressources requises par les tâches [Lopez, 2001]. L informatique permet d avoir un outil d aide à la décision et aussi aux planifications de la production. Cette planification est d autant plus efficace que l algorithme d ordonnancement qu elle utilise est performant. Le but étant d atteindre un ordonnancement optimal qui répartit au mieux la charge de travail et tient compte des diverses contraintes de la production [Akrout, 2001]. Dans ce chapitre, nous présentons les différentes étapes de la gestion de production. Dans un premier temps, nous décrirons la fonction gestion de production et ses objectifs, puis nous présenterons les différents types des systèmes de production. Nous aborderons ensuite les caractéristiques des systèmes de production qui doivent être prises en compte. Enfin, nous décrivons les problèmes d ordonnancement avec leurs contraintes. 2. Définition de la fonction Gestion de Production Un problème d ordonnancement consiste à affecter des tâches aux ressources et à décider de leur répartition dans le temps, de manière à optimiser un critère ou à trouver un compromis entre plusieurs critères [Esquirol, 1999]. Comme l indique [Vincent, 2003] dans son ouvrage, pour pouvoir donner une définition de la gestion de production, il faut d abord définir ce que l on entend par la production. La production consiste en une transformation de ressources (humaines ou matérielles) en vue de la création de biens ou services : Page 4

21 Chapitre 1 Gestion de Production Dynamique - La production d un bien s effectue par une succession d opérations consommant des ressources et transformant les caractéristiques de la matière. Un exemple classique est la production de voitures. - La production d un service s effectue par une succession d opérations consommant des ressources sans qu il n y ait nécessairement transformation de matière. Des exemples classiques sont la mise à disposition de produits aux consommateurs (la vente), le traitement de dossier (par un notaire), la maintenance d équipements. On peut alors définir la gestion de production comme suit : Définition 1 La gestion de la production consiste en la recherche d une organisation efficace de la production des biens et services. La gestion de production consiste donc à l obtention d un produit donné dont les caractéristiques sont connues en mettant en œuvre un minimum de ressources. En gestion de production, on considérera, généralement, comme données les caractéristiques du produit que sont : la définition du produit; le processus de fabrication; et la demande à satisfaire. Définition 2 La gestion de la production consisterait à dire que c'est un ensemble de processus qui permet de mener à bien la fabrication de produits à partir d'un ensemble de données et de prévisions. En fait, la gestion de production regroupe un ensemble de problèmes liés à la production tels que la gestion des données, la planification et le contrôle (suivi) de la production, la gestion des stocks, la prévision, etc. L'ordonnancement, thème central de cette étude, est donc une fonction liée aux autres fonctions de la gestion de production et à tous les autres aspects inhérents au bon fonctionnement d'un atelier. [Taghezout, 2008] Le rôle de la gestion de production est, d organiser et de piloter le fonctionnement des processus physiques mis en œuvre dans l entreprise, afin d assurer une meilleure utilisation des moyens humains, physiques et technologiques disponibles, et de satisfaire au mieux l objectif global de production défini en terme de quantités à fabriquer avec une qualité demandée, et des délais à respecter [Trentesaux, 1996]. Cette définition présente la gestion de production comme une fonction qui doit tenir compte de nombreuses contraintes et objectifs diversifiés selon leurs natures, dans le but de piloter l ensemble des moyens de production : Contraintes décrites en termes d utilisation efficace des moyens disponibles : ressources humains ou matérielles, et objectifs définis en terme global de délai de qualité et de coût. L automatisation est le moyen le plus courant qui permet d obtenir une gestion performante de la production. Page 5

22 Chapitre 1 Gestion de Production Dynamique Selon [Courtois, 1995] l objectif principal de la gestion de production est de gérer les flux de matières et d'informations par rapport aux objectifs prioritaires définis par la direction générale de l'entreprise. Le schéma suivant montre l'ensemble des flux que gère, totalement ou partiellement, la gestion de production. FIG. 1.1 Les flux informationnels et physiques 3. Objectifs de la Gestion de Production Les principaux objectifs de la gestion de production, pour qu elle soit efficace, peuvent être considérés de la manière suivante [Vacher, 2000] : Le respect des délais, La minimisation des stocks intermédiaires, L optimisation de l utilisation des moyens. 4. Typologie des Systèmes de Production 4.1. Typologie en fonction de l organisation du flux de production Dans cette typologie on peut distinguer trois types de production, sachant que l on pourrait trouver de nombreux types intermédiaire. Ce genre de classification a été largement abordé dans la littérature par [Bénassy, 1987], [Crouhy et Greif, 1991] et plus récemment par [Courtois et al., 2006]. Page 6

23 Chapitre 1 Gestion de Production Dynamique La production unitaire Elle consiste à produire un seul produit sur commande du client. Il n'existe pas de stock de produit fini. Une fois fabriqué, le produit est directement livré au client. Dans ce mode de production, les produits fabriqués répondent à des besoins précis manifestés par les clients. Le mode de production unitaire est pratiqué dans la production de certains types de produits : - très onéreux (avions, locomotives, navires...) - ayant des caractéristiques bien définies qui répondent à un besoin précis (meubles...) - complexes (montage d'usine ou d'atelier...) La production en série Elle consiste à fabriquer un grand nombre d'articles identiques dont la conception et les caractéristiques ont déjà été définitivement établies. Le processus de fabrication est découpé en opérations élémentaires et répétitives permettant de produire plusieurs fois le même article. La production en série est une production pour le stock. La dimension de la série dépend de deux facteurs : la technologie et la demande. Il existe deux types de production en série : La production en grande série Les quantités à produire sont importantes et la diversité des produits est limitée. Dans ce cas l utilisation de chaînes de fabrication est très rentable. Lorsque la chaîne est équilibrée, le taux d utilisation des ressources est élevé et le temps d attente par les produits en cours de fabrication est généralement faible. La production en petite et moyenne série C est le cas de la plupart des Petites et Moyennes Entreprises (PME) pour lesquelles la diversité des produits et le faible volume des demandes ne permettent pas une spécialisation des moyens de production. L ordonnancement, dans ce cas, joue un rôle primordial pour optimiser l utilisation des ressources et minimiser les pertes de temps La production continue La différence entre la production en série et la production continue est d ordre technologique. Dans la première, le produit passe, pendant sa fabrication, par des opérations distinctes séparées les unes des autres. Par contre, dans la production continue, le produit circule en flux continu et subit des transformations physiques et/ou chimiques. Page 7

24 Chapitre 1 Gestion de Production Dynamique Ce type de systèmes concerne surtout les industries dont la production nécessite la manipulation de matières liquides ou gazeuses (produit pétrolier, semoule,...) Typologie en fonction de la politique de fabrication Dans ce cadre on trouve en général trois classes : la production à la commande, la production sur stock et la production mixte Production à la commande Elle concerne les produits coûteux, spéciaux ou prototypes. Dans ce cas, le produit n est pas disponible au moment de la commande et nécessite un délai de réalisation. De plus, le prix n est pas fixé, il se négocie en même temps que les délais, à la commande. Exemples: immeubles, navires Production sur stock Elle concerne des produits peu coûteux ou d usage général, qui sont fabriqués en grande quantité. Le produit est disponible immédiatement à la vente, à un prix fixé par catalogue. La production est souvent une production de masse ou une production par lot économique. Exemples: électroménagers, matériel hi-fi Production mixte Cette production est un dérivé de la production à la commande. Afin de diminuer les délais de réalisation, les produits sont conçus de telle manière qu il est possible de fabriquer des sous-ensembles suivant une politique de production sur stock et ne conserver la personnalisation du produit final par assemblage de ces sous-ensembles qu au moment de la commande. Toutes les entreprises qui souhaitent améliorer leurs performances vis à vis de leurs clients tendent à choisir, de plus en plus, ce type de production. Exemples: lotisseurs, navigation de plaisance etc. 5. Caractéristiques des Systèmes Automatisés de production Le contexte économique dans lequel les entreprises évoluent aujourd hui nécessite des systèmes de production basés sur des principes, ayant des nouvelles caractéristiques, telles que la flexibilité, la réactivité, la pro-activité et la robustesse Flexibilité De nos jours la flexibilité des systèmes de production est devenue primordiale à cause de la croissance continue de l automatisation industrielle. Elle est considérée comme une possibilité pour un décideur de pouvoir à tout moment reconsidérer ses choix de manière à maintenir l optimale de sa décision [Dagoumau, 2000]. Page 8

25 Chapitre 1 Gestion de Production Dynamique La flexibilité d un système de production se caractérise par sa capacité d adaptation à la production des nouveaux produits pour lesquels le système n a pas été étudié. Cela suppose une adaptation totale du système de production au produit courant (de la distribution des flux discrets de composants aux opérations qu effectuent les moyens de production sur le produit). Plusieurs types de flexibilité [Abrudan, 1996], [Adamou, 1997] ont été mis en évidence suivant leurs incidences sur l objectif qui est le produit fini et sur les moyens de production permettant la réalisation de ce produit. flexibilité de produits : offre la possibilité d une reconfiguration du système pour la prise en compte d un nouveau produit ou famille de produits permettant ainsi un gain de productivité ; flexibilité de mélange : c est la possibilité de produire simultanément un ensemble de produits ayant des caractéristiques de base communes ; cette flexibilité peut être mesurée par le nombre de produits différents qui peuvent être fabriqués simultanément ; flexibilité de quantité : il s agit de la capacité du système à faire face aux fluctuations de la quantité des produits à fabriquer en modifiant les rythmes, ainsi que les temps de passage et d'engagement des outils ; flexibilité de routage : offre au système les moyens d un aiguillage plus souple, de façon à servir les différents segments de procédés libres ou sous - engagés ; flexibilité d'ordre des opérations : permet de changer l ordre des opérations en cours de production (ce qui suppose l existence d une gamme principale et des gammes secondaires) ou de choisir la destination suivante après chaque opération ; flexibilité d'expansion : autorise une extension et une modification de l architecture du système et elle exige une modélisation ; flexibilité des ressources : c est la capacité des ressources à effectuer plusieurs tâches élémentaires et de permettre la reprogrammation. En considérant les définitions données ci-dessus on peut déduire que la flexibilité est un facteur déterminant dans l élaboration de la conception d un système de production apte à fabriquer plusieurs variantes de produits. Malheureusement, une forte accentuation sur cette flexibilité engendre des investissements très élevés des ressources technologiques relevant de ce système, à cause de leur surdimensionnement à l installation, et entraîne une baisse de productivité. Au cours de l automatisation d un système flexible de production il faut donc faire un compromis entre flexibilité et productivité. Page 9

26 Chapitre 1 Gestion de Production Dynamique 5.2. Réactivité La réactivité d un système de production est définie comme l aptitude à répondre (réagir) dans un temps requis aux changements de son environnement interne ou externe. C est à dire qu il doit avoir une conduite qui lui permette de réagir et de s adapter, en fonction des objectifs de production, aux fluctuations des besoins et aux aléas du système par rapport au régime (fonctionnement) permanent (stable) [Dauzère-P, 2005]. Cette réactivité impose une vue dynamique des événements, pour cela trois fonctions s avèrent nécessaires : Une fonction d observation, Une fonction de surveillance et Une fonction de correction. une fonction d observation qui collecte les variables nécessaires au suivi, afin de connaître l'état courant du système (disponibilité et état des produits, disponibilité et état des moyens de production) ; une fonction de surveillance qui détecte (suite au résultat d'une observation) et interprète les écarts et les changements entre le plan prévisionnel et le plan courant par anticipation ; une fonction de correction qui tente à tout instant de corriger les écarts entre ces plans, ce qui implique un ordonnancement dynamique Pro-activité La pro-activité d un système de production se caractérise par ses capacités d anticipation (prévoir et/ou provoquer) des changements d état, d apprentissage et d enrichissement des connaissances, d adaptation de ses règles de fonctionnement et par sa capacité de réorganisation reposant sur une architecture décentralisée et une délégation de responsabilité. Les fonctions d observation, de surveillance et de correction sont nécessaires pour assurer la pro activité. Les processus de décision distribuée offrent de réelles capacités en termes de réactivité et de pro activité Robustesse La robustesse d un système de production se définit par son aptitude à produire conformément aux résultats attendus. Cela suppose la garantie de l obtention des performances souhaitées en présence d incertitudes dans le système [Billaut, 2005]. Page 10

27 Chapitre 1 Gestion de Production Dynamique 5.5. La performance des Systèmes de Production Définition de la performance globale La performance peut être un résultat (Apprendre le coran ), le meilleur résultat (celle du sportif), le résultat idéal (celle du matériel), ou encore une action (domaines linguistique et du spectacle). La performance globale d un système est l obtention conjointe de la pertinence, de l efficience, et de l efficacité, appréciée en termes de coûts et de valeur, sur l intégralité du cycle de vie du système [Tahon, 2003]. La performance est une notion relative aux objectifs que l on se fixe, aux résultats que l on obtient, et aux actions mises en œuvre pour produire ces résultats, grâce à des moyens donnés. Ainsi la performance peut être «décomposée» en trois sous notions que sont la pertinence, l efficience et l efficacité. La pertinence Elle se détermine lors de la conception du système de production, car elle représente l articulation entre objectifs et moyens, c est-à-dire se donner exactement les moyens d atteindre un certain niveau de satisfaction. L efficience C est la réponse à la question : «Est ce que les résultats sont suffisants compte tenu des moyens mis en œuvre?». L indicateur d efficience par excellence est le rendement d un système et si elle n est pas satisfaisante, ce sont des décisions relatives au pilotage ou au management qui seront à prendre. L efficacité L efficacité est l articulation entre résultats et objectifs, elle peut être bien souvent jugée grâce à des indicateurs de qualité. La performance est relative au niveau de décision auquel elle correspond. 6. Décomposition du système de production Les systèmes de production peuvent être des systèmes très complexes et difficiles à gérer au vu de toutes leurs composantes fonctionnelles (fabrication, achat, distribution, maintenance...). Ils sont donc beaucoup étudiés, et ce depuis longtemps. Plusieurs approches ont été envisagées dans le but de mieux comprendre leur fonctionnement et de mieux les appréhender. D une manière classique, tout système de production est décomposé selon une approche systématique en deux sous systèmes [Doumeinghts et al, 1983] : le système physique de production dans lequel circulent les flux des matières et le système de gestion dans lequel sont regroupés les flux d informations et de décisions. Page 11

28 Chapitre 1 Gestion de Production Dynamique FIG. 1.2 Vision systématique d un système de production La figure 1.2 schématise les interactions existantes entre le système de pilotage et le système de production. Le système de production est un ensemble de ressources (humaines et matérielles) permettant de convertir des matières premières en produits finis. Le système de pilotage fixe les ordres de gestion; des données récupérées par le sous système informationnel sont traitées par le sous système décisionnel afin de définir les décisions qui garantissent le bon fonctionnement du système physique compte tenu des multiples contraintes internes ou externes à l entreprise. Ces décisions sont classées selon l horizon sur lequel elles s appliquent. Le système de décision contrôle le système physique de production. Il en coordonne et organise les activités en prenant des décisions basées sur les données transmises par le système d information. Le système d information, son rôle est de collecter, stocker, traiter et transmettre des informations. Il intervient à l interface entre les systèmes de décision et de production et à l intérieur même du système de décision, pour la gestion des informations utilisées lors de prises de décision, et du système physique de production, pour la création et le stockage d informations de suivi par exemple. L association des parties des systèmes de décision et d information concernant uniquement la production constitue le système de gestion de production. Page 12

29 Chapitre 1 Gestion de Production Dynamique 7. Typologie décisionnelle en gestion de production Le système de gestion de production doit maintenir un certain niveau de productivité tout en restant compatible avec les contraintes commerciales, techniques, financières et sociales. Mais, en raison des contraintes imposées par le marché et de la diversité des fonctions à assurer, celui-ci est souvent confronté à des prises de décisions possédant une forte combinatoire et surtout, incluant plusieurs problématiques différentes. C est pourquoi les décisions de gestion sont souvent structurées en niveaux. L organisation des décisions prises par le système de gestion d une unité de production s inspire du modèle classique pyramidal, décomposant les décisions selon troix niveaux : stratégique, tactique et opérationnel [Anthony, 1965], [Bitran et Tirupati, 1993] (voir Figure 1.3). FIG. 1.3 Classification hiérarchique de décisions [Anthony, 1965], [Bitran et Tirupati, 1993] le niveau stratégique élabore la stratégie au plus haut niveau en formulant une politique à long terme de l entreprise (vision à plus de deux ans, en général) au niveau des moyens financiers, matériels et humains qui sont déterminés par une Page 13

30 Chapitre 1 Gestion de Production Dynamique série de décisions, compte tenu d objectifs techniques et économiques. Des exemples de ce type de décisions sont par exemple : la détermination de la taille et l emplacement de nouvelles usines, l acquisition d équipements neufs, le choix de nouvelles gammes de produits, etc. le niveau tactique assure l organisation de la production en cohérence avec les décisions prises au niveau stratégique de façon à obtenir une utilisation efficace des ressources du système. Ce problème est complexe et nécessite généralement une décomposition. Par exemple, les décisions tactiques prises à moyen terme peuvent nécessiter une agragation de la fabrication des produits en familles ou un fractionnement de la production en sous-ensembles ou lots. le niveau opérationnel prend des décisions à court terme et à très court terme celles-ci, sont prises et / ou mises en œuvre par des agents de maîtrise ou d exécution. Les données sont ici beaucoup plus détaillées. Les décisions prises à ce niveau concernent la mise en œuvre des moyens de l atelier afin de produire, dans les délais, les quantités fixées au niveau supérieur, ce qui nécessite une désagrégation complète du plan si celui-ci a été construit par famille de produits. Les types de problème que l on rencontre sont : l ordonnancement de la production, la gestion du stockage, etc. 8. Ordonnancement de la production La résolution d un problème d ordonnancement commence par la modélisation du système de fabrication et de son fonctionnement. Il faut donc définir un ensemble de paramètres représentant le système étudié, les liens existant entre ces paramètres et les critères qui permettront d évaluer les solutions obtenues. Il est clair qu il existe diverses manières de modéliser chaque problème d ordonnancement et on est amené à choisir un mode de description. Parmi ces modes, on peut citer les équations mathématiques, les graphes potentiels-taches, les réseaux de Pétri, etc Le problème d ordonnancement L ordonnancement est une fonction essentielle en gestion de production, C est un problème difficile en raison du nombre de calculs à effectuer pour obtenir un ordonnancement qui optimise le critère retenu. En plus, il existe de nombreux problèmes d ordonnancements ou diverses méthodes exactes ou approches de résolution sont proposées pour résoudre une partie d entre eux [Esquirol, 1999]. L ordonnancement ne se limite pas à une simple question de séquence de tâches, le problème d ordonnancement doit prendre en compte également des contraintes temporelles et de disponibilité de ressources. Dans la littérature un bon nombre de définitions du «problème d ordonnancement» ont été proposées. Page 14

31 Chapitre 1 Gestion de Production Dynamique Définition 1 Ordonnancer ou (planifier) le fonctionnement d un système industriel de production consiste à gérer l allocation (ou l accès à des ressources au cours du temps, tout en satisfaisant au mieux un ensemble de critères). [Rodammer et White, 1988] Définition 2 Ordonnancer, c est programmer l exécution d une réalisation en attribuant des ressources aux tâches et en fixant leurs dates d exécution. [Carlier et Chrétienne, 1988] Définition 3 «Une tâche est un travail élémentaire nécessitant un certains nombre d unités de temps et de ressources. Ordonnancer un ensemble de tâches, c est programmer leur exécution en leur allouant les ressources requises et en fixant leur date de début». [Gotha, 1993] Définition 4 «Le problème d ordonnancement consiste à organiser dans le temps la réalisation de tâches, compte tenu de contraintes temporelles (délais, contraintes d enchaînement, ) et de contraintes portant sur l utilisation et la disponibilité des ressources requises». [Esquirol et Lopez, 1999] L ordonnancement est considéré comme un processus de prise de décision qui joue un rôle important dans la plupart des systèmes de production et de fabrication. Parmi les définitions du problème d ordonnancement, on retrouve l aspect commun de l affectation des tâches dans le temps et dans l espace au moindre coût et en un temps réduit. Donc il ya problème d ordonnancement : 1. Quand un ensemble de travaux est à réaliser, 2. Que cette réalisation est décomposable en tâches(ou opérations), 3. Que le problème consiste à définir la localisation temporelle des tâches et, ou la manière de leur affecter les moyens nécessaires. Les problèmes d ordonnancement apparaissent dans tous les domaines de l économie. L informatique : où les tâches sont les jobs et les ressources sont la mémoire et le processeur, La construction : dans le cadre de suivi de projet, L industrie : pour les problèmes d atelier et la gestion de production, L administration : comme l emploi du temps. Page 15

32 Chapitre 1 Gestion de Production Dynamique 8.2. Objectifs de l ordonnancement D une manière générale, on distingue plusieurs classes d objectifs concernant un ordonnancement [Esquirol et Lopez, 1999] : les objectifs liés au temps : on trouve par exemple la minimisation du temps total d exécution, du temps moyen d achèvement, des durées totales de réglage ou des retards par rapport aux dates de livraison, les objectifs liés aux ressources : maximiser la charge d une ressource ou minimiser le nombre de ressources nécessaires pour réaliser un ensemble de tâches sont des objectifs de ce type, les objectifs liés au coût : ces objectifs sont généralement de minimiser les coûts de lancement, de production, de stockage, de transport, etc, Un exemple de structure d objectifs est présenté Figure Concepts de base FIG. 1.4 Structure d objectifs [Grabot, 1998] Les concepts généraux de l ordonnancement de production concernent les commandes, les attributs du job, les ressources et les tâches, etc. [Enginest, 2005]. a) Commande : commande de clients pour un produit donné, b) Job : (le travail), il correspond à la mise en production des commandes de l usine, par exemple le processus entier de fabrication dans une entreprise, c) Attributs du job : où chaque job comporte des attributs, d) Tâches : une tâche correspond à un processus de fabrication de produit et elle est caractérisée par des informations nécessaires dont une tâche peut être une date de début, une date de fin souhaitée, une durée, Comme on peut avoir des contraintes Page 16

33 Chapitre 1 Gestion de Production Dynamique liées aux tâches. Par exemple l exécution d une tâche est conditionnée par la fin d exécution d une autre tâche. Un job est représenté par une ou plusieurs tâches et ce travail (job) consiste à réaliser ces tâches dont l ordre d exécution constitue la gamme de fabrication du travail et ce qui permet de distinguer les grandes familles d ateliers : o problèmes à une machine : chaque job n est constitué que d une tâche à réaliser, o problèmes à des machines parallèles : chaque job n est constitué que d une tâche qui peut être réalisée par une ou plusieurs machines, o problèmes d 'open shop' : la gamme de production n est pas fixée et différente pour chaque job, o problèmes de ' job shop': la gamme de fabrication est linéaire (l opération ne peut être commencée qu après la fin de la précédente) et elle est différente pour chaque job, o problèmes de ' flow shop' : la gamme de fabrication est linéaire et identique pour chaque job. e) Ressources : correspond à ce qu on utilise pour la production (machines, main d œuvre, etc) et chaque tâche est réalisée par une ressource. On peut avoir un sousensemble de ressources de même caractéristique qu on appelle ressource type, on utilise une ressource de ce sous-ensemble pour traiter une tâche, f) Critères : correspondent aux objectifs à optimiser avec la minimisation ou la maximisation d une fonction, ces critères peuvent être liés aux temps : temps total d exécution, temps moyen d achèvement etc, ou liés aux ressources : la charge des ressources, la quantité totale des ressources, etc. g) Contraintes : correspondent aux restrictions sur les valeurs que peuvent prendre les variables de décision, on a : - Les contraintes temporelles, - Les contraintes de temps alloué ; les dates limites des tâches ou la durée totale d un projet, - Les contraintes de cohérence technologique ou de gamme, - Les contraintes de ressources, - Les contraintes d utilisation des ressources, - Les contraintes de disponibilité des ressources, - La priorité des jobs, - L ordre d exécution des tâches d un job, - La succession et/ou précédence des jobs 8.4. Notion de Pilotage A l heure actuelle, il n existe pas de définition unique ni stabilisée du terme pilotage. Une définition a été proposée dans les travaux de Trentesaux en 2000, dans laquelle il définit le pilotage comme suit : Page 17

34 Chapitre 1 Gestion de Production Dynamique Le pilotage consiste à décider dynamiquement des consignes pertinentes à donner à un système soumis à perturbation pour atteindre un objectif donné décrit en termes de maîtrise de performances [Trentesaux, 2002]. Le concept de pilotage concerne la définition et l organisation des interrelations entre deux sous-systèmes : un sous-système physique (appelé système opérant) et sous-système de décision (appelé système de pilotage), conduisant à la mise en œuvre d une boucle de rétroaction. Les informations en entrée du système de pilotage sont les objectifs (résultats souhaités du système opérant), les autres données et contraintes externes (issues de l environnement) ainsi que les observations effectuées sur le système opérant (états internes et mesure des effets). Les informations en sortie sont les signaux de commande, les résultats du système opérant ainsi que le sous-ensemble des indicateurs de performance requis par l environnement. D une manière générale, piloter un système de production fait appel à deux fonctions distinctes : Une fonction de gestion à priori (ou planification) dont le rôle est d'assurer la programmation d'un ensemble d actions ou de décisions. Une fonction de gestion en temps réel (ou conduite) dont le rôle est de prendre les décisions qui relèvent de l immédiat, c est-à-dire qui sont motivées par les événements liés à l état courant du système de production. La fonction pilotage temps réel peut être décomposée en deux sous fonctions : conduite et commande. Décisions planifiées Suivi Conduite Tâches exécutables Suivi temps réel Commande Actions Capteurs Système physique Evénements FIG. 1.5 Les Fonctions de Pilotage Page 18

35 Chapitre 1 Gestion de Production Dynamique 8.5. Pilotage et Ordonnancement Parunak [Parunak, 1991] définit l ordonnancement prévisionnel comme étant le : «sous ensemble du produit cartésien Quoi*Où*Quand pour un sous ensemble de taches à réaliser». On peut différencier les types de pilotage selon qu un ordonnancement prévisionnel des taches est réalisé ou non : 1. Pilotage sans ordonnancement prévisionnel : Les allocations se font en temps réel et de manière dynamique au fur et à mesure de l évolution du système de production. 2. Pilotage à ordonnancement prévisionnel partiel : Seule une partie des taches à réaliser sont planifiées à priori. Les autres sont allouées dynamiquement. 3. Pilotage à ordonnancement prévisionnel total : Toutes les taches à réaliser sont allouées en amont du système de pilotage Méthodes d ordonnancement Parmi les méthodes utilisées en ordonnancement, on peut distinguer les méthodes anciennes comme la méthode PERT, la méthode des potentiels, la simulation ainsi que les méthodes liées à l intelligence artificielle ou l emploi d heuristiques. Cependant, les méthodes PERT et des potentiels ne sont applicables que pour l ordonnancement d un ouvrage unitaire ou de production unitaire le passage à la petite série leur est fatal. Elles doivent passer le relais à des méthodes exactes issues des techniques de l optimisation combinatoire (programmation dynamique, procédure par séparation et évaluation etc.) à des méthodes approchées (heuristiques) ou à des algorithmes génétiques. Ces méthodes peuvent être classées en diverses familles ; nous donnons brièvement la description de quelques familles [Taghezout, 2008] Simulation L idée de base de la simulation est de simuler le comportement d'un atelier en faisant avancer le temps et en chargeant les machines libres par un choix sur les opérations disponibles. L approche de la simulation intègre donc la notion de règles de priorité lors du chargement des postes de travail. Un grand nombre de ces règles ont été citées dans la littérature. Elles ne sont pas toutes efficaces et il n existe pas vraiment de règle donnant de bons résultats pour tous les types de problèmes et pour un critère donné. En effet, L approche de simulation fait partie des méthodes dites à construction progressive d un ordonnancement. Ce type de méthode permet de déterminer rapidement un ordonnancement respectant les contraintes techniques. Il se caractérise par une grande puissance de modélisation. La qualité de l ordonnancement dépend des règles de construction de celui-ci, exprimées sous la forme de priorités données aux différents travaux dans les files d attente. Page 19